CN107069681A - 一种多端线路差动保护方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多端线路差动保护方法及系统，其中差动保护方法包括：多端线路的保护子机采集各自对应端线路的电气量数据并发送给保护主机；保护主机接收保护子机发送过来的电气量数据，进行差动保护计算，若发生区内故障，则将跳闸命令发送给保护子机；保护子机根据跳闸命令控制跳开本端的断路器以切除故障。本发明通过在各端线路的终端设置一台保护子机，并在某一端线路设置保护主机，保护子机采集该端的电气量数据并发送至保护主机；保护主机采集各保护子机上送的数据，进行差流计算确定区内外故障，当发生区内故障时，发送跳闸命令至各保护子机，保护子机根据跳闸命令通过自身的跳闸回路跳开本端断路器，从而完成故障的隔离。
Description
技术领域
本发明涉及一种多端线路差动保护方法及系统，属于智能变电站继电保护技术领域。
背景技术
传统中高压的输电线路大都是采用点对点输电方式，两个变电站之间或者电厂与变电站之间均采用输电线路直接相连。随着我国经济的快速发展，电力需求量逐渐增大，就需要建设新的变电站以满足电力供应。出于经济性考虑随之就出现了三端输电线路或称T接输电线路，T接输电线路可以配置三端差动保护，而三端差动保护需要主从端配合、压板投退策略复杂。目前中高压线路还有四端及以上线路接线，在这种接线形式下，一般没有配置差动保护，而是仅采用基于单端电气量的保护，而单端电气量保护难以做到全线速动。
发明内容
本发明的目的是提供一种多端线路差动保护方法及系统，用于解决目前多端线路无法实现全线速动的差动保护的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多端线路差动保护方法，包括以下步骤：
步骤1，多端线路的保护子机采集各自对应端线路的电气量数据并发送给保护主机；
步骤2，保护主机接收保护子机发送过来的电气量数据，进行差动保护计算，若发生区内故障，则将跳闸命令发送给保护子机；
步骤3，保护子机根据跳闸命令控制跳开本端的断路器以切除故障。
进一步的，保护主机进行差动保护判断前采用同步算法对接收到的电气量数据进行同步。
进一步的，所述同步算法为拉格朗日二元插值算法。
进一步的，保护主机进行差动保护计算的计算公式如下：
其中，动作电流ICDΦ为经过基础变比折合后的各保护子机对应端线路的电流矢量和的幅值，ISETΦ为差动动作的电流设定值，制动电流Ir为经过基础变比折合后的各保护子机对应端线路的电流矢量幅值的和，k为比率制动系数。
进一步的，步骤3中保护子机根据跳闸命令并结合自身用于配合保护主机跳闸命令的第一整定值控制跳开本端的断路器以切除故障。
进一步的，步骤3中还包括保护子机在没有接收到保护主机发送的跳闸指令的情况下，则根据自身用于后备保护的第二整定值开放跳闸出口。
本发明还提供了一种多端线路差动保护系统，包括一台保护主机，所述保护主机连接至少三个设置在线路终端的用于控制连接本端断路器的保护子机；所述保护子机用于采集本端线路的电气量数据并发送给所述保护主机，接收所述保护主机发送的跳闸命令，并根据所述跳闸命令控制跳开本端的断路器以切除故障；所述保护主机用于接收所述保护子机发送过来的电气量数据，进行差动保护计算，若发生区内故障，则将跳闸命令发送给保护子机。
进一步的，所述保护主机还用于进行差动保护判断前采用同步算法对接收到的电气量数据进行同步。
进一步的，所述同步算法为拉格朗日二元插值算法。
进一步的，所述保护主机进行差动保护计算的计算公式如下：
其中，动作电流ICDΦ为经过基础变比折合后的各保护子机对应端线路的电流矢量和的幅值，ISETΦ为差动动作的电流设定值，制动电流Ir为经过基础变比折合后的各保护子机对应端线路的电流矢量幅值的和，k为比率制动系数。
进一步的，所述保护子机用于根据跳闸命令并结合自身用于配合保护主机跳闸命令的第一整定值控制跳开本端的断路器以切除故障。
进一步的，所述保护子机还用于在没有接收到保护主机发送的跳闸指令的情况下，则根据自身用于后备保护的第二整定值开放跳闸出口。
本发明的有益效果是：
通过在各端线路的终端设置一台保护子机，并在某一端线路设置线路保护主机，保护子机采集对应端线路的电气量数据并发送至保护主机；保护主机采集各保护子机上送的数据，进行差流计算确定区内外故障，当发生区内故障时，发送跳闸命令至各保护子机，保护子机根据跳闸指令通过自身的跳闸回路跳开本端断路器，从而完成故障的隔离。
进一步的，采用同步算法对保护主机接收到的电气量数据进行同步，保证了参与差动保护计算的为同一时刻的数据，同时使得整体系统不依赖于各端对时，从而摆脱了对授时系统的依赖，避免了因对时问题可能导致的系统停用。
进一步的，保护子机还可以根据本端的电气量数据完成后备保护功能，该保护功能不需要保护主机的参与即可完成就地跳闸，防止保护子机与保护主机通信中断时线路无保护运行。
附图说明
图1是多端线路差动保护系统的拓扑结构示意图；
图2是保护子机的硬件原理示意图；
图3是保护子机的插件及背板接线示意图；
图4是保护主机的硬件原理示意图；
图5是保护主机的插件及背板接线示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，本实例为一个七端线路差动保护系统，在每条线路终端分别设置一套保护子机，在某个变电站设置一台保护主机，该保护主机可以单独设置，也可采用集中到某台保护子机的模式，保护主机与所有的保护子机通信连接。
具体的，各保护子机通过专用光纤专用通道与保护主机相连，不采用复用通道，避免了SDH等在不同传输路径时所造成的传输延时不确定性。各个保护子机以光纤以太网点对点方式向保护主机发送采样信息，信息传输遵循IEC61850通信规约，具体采用IEC61850-9-2通信方式。保护主机采用IEC 61850GOOS方式向各端保护子机发送跳闸命令，GOOSE跳闸命令中的参数标识了发出跳闸命令的主机参数以供保护子机识别。
此外，各端保护子机还将本地状态信息，包括检修压板投退状态、断路器位置状态等以IEC 61850GOOSE方式送至保护主机，以供保护主机进行相应的逻辑处理。保护主机采用同步算法对接收到的电气量数据进行同步，例如拉格朗日二元插值同步算法，对各端数据同步采样，使得整体系统不依赖于各端对时，从而摆脱了对授时系统的依赖，避免了因对时问题可能导致的系统停用。
下面对该差动保护系统中的保护主机以及保护子机进行详细介绍。
各保护子机的硬件原理结构如图2所示，包含装置电源插件、面板指示灯、开入插件(包含扩展模块)、交流插件、ADC插件、CPU插件、GOOSE\SV插件(NPI插件)以及开出插件等，各保护子机中插件及背板的接线示意图如图3所示。其中，装置电源插件为保护子机内部的各个模块包括ADC、CPU等提供所需电源，为保证供电可靠性，该装置电源采用双电源供电；面板指示灯显示本保护子机的运行、告警与跳闸状态等；开入插件加扩展模块用于采集状态量信息；交流插件将电压和电流互感器输出的二次电压和电流变换为适于数字采样的小电压信号；ADC插件完成交流插件变换后的电压信号的模数转换；CPU插件采集模拟量与状态量信息，用于逻辑计算分析处理，然后封装成帧，并通过GOOSE/SV插件(NPI插件)的光纤以太网口发送出去；GOOSE/SV插件(NPI插件)接收来自保护主机的跳闸信号，送给CPU插件，CPU经解帧分析后，若满足跳闸条件，则发送跳闸命令至开出插件，动作跳开本端断路器。
另外，各保护子机还可以接收IRIG-B码对时命令，用以满足事件分析需要的全网统一时钟。各保护子机还具有基于单端电气量完成带延时段的保护功能，单端电气量保护不需要保护主机的参与即可完成就地跳闸，设置此单端保护的目的是防止保护子机与主机通信中断时线路无保护运行。
保护主机的硬件原理结构如图4所示，包含装置电源插件、面板指示灯、开入插件(包含扩展模块)、CPU插件、GOOSE\SV插件(NPI插件)以及信号插件等，保护主机中的插件及背板接线示意图如图5所示。其中，装置电源插件为保护主机内部各模块包括GOOSE\SV插件(NPI插件)、CPU等提供所需电源，为保证供电可靠性，该电源采用双电源供电；面板指示灯显示本保护主机的运行、告警和跳闸等信息；开入插件加扩展模块用于采集状态信息；CPU插件采集通过GOOSE/SV插件(NPI插件)发送过来的各保护子机的模拟量与状态量信号，经过逻辑计算分析处理，然后封装成帧，再把跳闸信息通过GOOSE/SV插件(NPI插件)的光纤以太网口发送给各个保护子机；本保护主机自身的一些告警信号可以通过信号插件输出接点给站内测控。
另外，保护主机还可以接收IRIG-B码对时命令，用以满足事件分析需要的全网统一时钟。保护主机还具备远方管理功能，能够实时展示各保护子机采样数据实时值，能够浏览和修改各保护子机后备保护定值。
上述多端线路差动保护系统的工作原理如下：
各个保护子机中的开入插件加扩展模块采集对应端线路的本地状态信息并发送给保护子机的CPU插件，本地状态信息包括检修压板状态、断路器位置状态等。各个保护子机中的交流插件采集电压互感器和电流互感器输出的二次电压和二次电流，将其变换为适于数字采样的小电压信号后发送给ADC插件。ADC插件接收交流插件发送过来的小电压信号，将小电压信号模拟量转变为数字量后发送给子机CPU插件。各个保护子机中的CPU插件采集本地状态信息以及采样数字量，进行逻辑计算以及分析处理，并将处理后的信息封装成帧，然后通过GOOSE/SV插件(NPI插件)的光纤以太网口发送给保护主机。
保护主机的GOOSE/SV插件(NPI插件)采用IEC 61850GOOS方式采集各个保护子机发送过来的本地状态信息以及采样数字量，并发送给保护主机的CPU插件，主机的CPU插件对接收到的各端线路的本地状态信息以及采样数字量进行解帧、并进行差动保护计算，保护主机分相稳态量差动保护的计算公式如下：
其中，动作电流为经过基础变比折合后的各保护子机对应端线路的电流的矢量和的幅值，分别为经过基础变比折合后的各端电流；ISETΦ为差动动作的电流设定值，整定时考虑最小方式下区内故障差流值有足够的灵敏度，整定值应大于1.5倍线路全长电容电流，整定值的取值范围是0.05IN-2IN，其中IN为二次额定电流；制动电流为经过基础变比折合后的各保护子机对应端线路的电流的矢量幅值的和；k为比率制动系数，其取值范围为0.0-1.0。
保护主机零序电流差动保护计算公式与分相稳态量差动保护计算公式一样，但需把经过基础变比折合后的各端电流改为即可，其中分别表示多端线路的m端、n端、p端……的零序电流。
若保护主机的CPU插件判断出区内发生故障时，将跳闸信息封装成帧，并通过主机GOOSE/SV插件(NPI插件)的光纤以太网口发送给各个保护子机。各个保护子机的GOOSE/SV插件(NPI插件)接收来自保护主机的跳闸信号，并送给CPU插件，CPU经解帧分析后，判断是否满足跳闸条件；若满足跳闸条件，则根据自身用于配合主机跳闸命令的第一整定值发送跳闸命令至开出插件，动作跳开本端断路器，从而完成故障的隔离。第一整定值根据电压和电流在故障发生时的变化特征进行确定，其确定方法属于现有技术，此处不再赘述。
另外，由于各保护子机数据采样计算需要一定的时间，该时间可在保护主机发送的IEC61850-9-2报文中给出，以供保护主机在采样同步时，进行相应的数据倒推。为了防止保护子机与保护主机通信中断时线路无保护运行，各保护子机还可以完成基于单端电气量的后备保护功能，如距离保护、零序电流保护等功能，这些功能不依赖于通道即可完成跳闸，也就是保护子机可直接根据用于后备保护的第二整定值开放跳闸出口。
在线路扩建时，例如由七端线路扩为八端线路时，则只需要增加一台保护子机及子机与主机之间的光纤连接即可，在保护主机端完成新增保护子机的参数设置，其他各保护子机不需要配置改动。
该保护主机具有可适应各终端电流互感器变比不同的特点，通过在保护主机上整定各终端的变比定值，将保护子机的采样值归一到基准变比下的采样值，再参与逻辑运算，从而提高了该差动保护装置的适用性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而不是对其进行限制，尽管上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的技术人员应当理解，对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，未脱离本发明范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种多端线路差动保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，多端线路的保护子机采集各自对应端线路的电气量数据并发送给保护主机；
步骤2，保护主机接收保护子机发送过来的电气量数据，进行差动保护计算，若发生区内故障，则将跳闸命令发送给保护子机；
步骤3，保护子机根据跳闸命令控制跳开本端的断路器以切除故障。
2.根据权利要求1所述的多端线路差动保护方法，其特征在于，保护主机进行差动保护判断前采用同步算法对接收到的电气量数据进行同步。
3.根据权利要求2所述的多端线路差动保护方法，其特征在于，保护主机进行差动保护计算的计算公式如下：
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其中，动作电流ICDΦ为经过基础变比折合后的各保护子机对应端线路的电流矢量和的幅值，ISETΦ为差动动作的电流设定值，制动电流Ir为经过基础变比折合后的各保护子机对应端线路的电流矢量幅值的和，k为比率制动系数。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的多端线路差动保护方法，其特征在于，步骤3中保护子机根据跳闸命令并结合自身用于配合保护主机跳闸命令的第一整定值控制跳开本端的断路器以切除故障。
5.根据权利要求4所述的多端线路差动保护方法，其特征在于，步骤3中还包括保护子机在没有接收到保护主机发送的跳闸指令的情况下，则根据自身用于后备保护的第二整定值开放跳闸出口。
6.一种多端线路差动保护系统，其特征在于，包括一台保护主机，所述保护主机连接至少三个设置在线路终端的用于控制连接本端断路器的保护子机；所述保护子机用于采集本端线路的电气量数据并发送给所述保护主机，接收所述保护主机发送的跳闸命令，并根据所述跳闸命令控制跳开本端的断路器以切除故障；所述保护主机用于接收所述保护子机发送过来的电气量数据，进行差动保护计算，若发生区内故障，则将跳闸命令发送给保护子机。
7.根据权利要求6所述的多端线路差动保护系统，其特征在于，所述保护主机还用于进行差动保护判断前采用同步算法对接收到的电气量数据进行同步。
8.根据权利要求7所述的多端线路差动保护系统，其特征在于，所述保护主机进行差动保护计算的计算公式如下：
<mfenced open = "{" close = "">
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其中，动作电流ICDΦ为经过基础变比折合后的各保护子机对应端线路的电流矢量和的幅值，ISETΦ为差动动作的电流设定值，制动电流Ir为经过基础变比折合后的各保护子机对应端线路的电流矢量幅值的和，k为比率制动系数。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的多端线路差动保护系统，其特征在于，所述保护子机用于根据跳闸命令并结合自身用于配合保护主机跳闸命令的第一整定值控制跳开本端的断路器以切除故障。
10.根据权利要求9所述的多端线路差动保护系统，其特征在于，所述保护子机还用于在没有接收到保护主机发送的跳闸指令的情况下，则根据自身用于后备保护的第二整定值开放跳闸出口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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